發(fā)布時間：2020-04-25 01:34

【摘要】：離層水突水問題是頂板突水的一種特殊的情況,與常見頂板突水的區(qū)別主要是其水源賦存于覆巖中的離層空間。本文針對紅柳煤礦1121首采工作面的突水情況進行分析,以實際工作面上方覆巖結(jié)構(gòu)和水文結(jié)構(gòu)為原型,開展對離層水突水災(zāi)害演化規(guī)律的研究。近些年國內(nèi)離層水突水事件在多地發(fā)生,不同的地質(zhì)背景下均可能發(fā)生離層水突水。離層水突水具有征兆不明顯,瞬時突水量大的特征,加之其成因復(fù)雜多樣難以把握,所以可研究的科學(xué)內(nèi)容既豐富又有其現(xiàn)實意義。文章選取了鴛鴦湖礦區(qū)紅柳煤礦作為離層水突水的案例背景,其地質(zhì)特征可歸納為砂巖-泥巖組成的近水平沉積地層,煤層較厚,無火成巖,無復(fù)雜構(gòu)造,水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)由多個含水層與隔水層相間組成。本文所研究的離層水突水規(guī)律以此地質(zhì)特征為背景。為探究離層水突水的孕災(zāi)規(guī)律,建立了基于地質(zhì)原型的二維物理模型和數(shù)值模型。選取水源、通道、采動作為離層水突水的致災(zāi)因素(危險源),探究煤層開采引起的致災(zāi)因素隨采長和開采時間的動態(tài)變化規(guī)律。導(dǎo)水裂隙帶、離層和離層水是研究的主要對象,其時空演化規(guī)律與突水事件關(guān)系緊密。文章中應(yīng)用理論方法確定了工作面頂板特殊的覆巖結(jié)構(gòu)形成離層的必然性,基于彈性巖梁法計算了理論離層量、離層空間、影響面積的動態(tài)發(fā)育規(guī)律。物理模型討論了不同配方的相似材料模擬軟硬巖層相間的可行性,觀察實驗結(jié)果總結(jié)了導(dǎo)水裂隙帶和離層裂隙的動態(tài)發(fā)育規(guī)律。數(shù)值模型討論了位移場、應(yīng)力場、孔壓場、滲流場的隨開采的動態(tài)變化,在FLAC3D中可以用應(yīng)變增量和飽和度反映離層與離層水情況。將理論及模擬分析的孕災(zāi)規(guī)律進行動態(tài)評價,建立了離層水突水的模糊綜合評價模型,與實際突水情況相結(jié)合,討論了模糊綜合評價模型的可行性。文章的主要結(jié)論為:紅柳煤礦離層水突水水源為下直羅組上分層粗砂巖含水層,離層形成于其與下伏泥巖層之間,開采至180m時導(dǎo)水裂隙溝通至離層后發(fā)生離層突水;覆巖應(yīng)力場、位移場、流場均會因煤層開采變化,突水災(zāi)害的演化可由場的變化規(guī)律反映;綜合考慮水源、通道、采動因素所建立的離層水突水的模糊數(shù)學(xué)模型具有動態(tài)評價功能。本文的研究結(jié)論與已有研究成果相一致,與實際采煤工作面情況相符合。在此基礎(chǔ)上豐富了對離層水突水動態(tài)演化規(guī)律的探究,關(guān)注了更多的細節(jié)問題,以期為離層水突水的相關(guān)研究提供一些借鑒意義。
【圖文】：

圖 1-1 采后覆巖四帶結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1-1 Structure diagram of four overburden belts after mining鍵層理論與砌體梁模型理論與砌體梁模型是錢鳴高院士提出的一種覆巖結(jié)構(gòu)力在多層硬巖層時，，對巖體活動全部起控制作用的巖層稱的局部起控制作用的成為亞關(guān)鍵層，總之關(guān)鍵層為在采動載主體。復(fù)合關(guān)鍵層是指兩相鄰關(guān)鍵層不僅會產(chǎn)生復(fù)合。關(guān)鍵層理論認(rèn)為采場上覆巖層的變形、破斷、離層等一層中的關(guān)鍵層控制，其主要的研究內(nèi)容包括關(guān)鍵層載荷初次破斷距和周期破斷距），關(guān)鍵層的判別方法（理論法條件（剛度條件和強度條件）以及非連續(xù)變形不整合離的支撐下，已得出了關(guān)于離層位置，大小，發(fā)育特征的出現(xiàn)在各關(guān)鍵層下，離層量和離層區(qū)長度在初次破斷后僅離層的最大發(fā)育高度止于覆巖主關(guān)鍵層，采動區(qū)四周離層型圈[9]。判斷關(guān)鍵層的方法可以首先將大致確定可能形

圖 1-2 采動覆巖平衡拱移動示意圖 圖 1-3 采動上覆巖層巖梁形態(tài)Figure 1-2 Balanced arch movement of mining-induced overburdenFigure 1-3 Shape of rock beam in overlying strata of mining郝延錦等提出巖梁斷裂時的長度可以由懸臂梁式垮落的拱形破壞力學(xué)結(jié)構(gòu)模型描述如圖 3。圖中，L 為巖梁走向方向長度，Ф1 為采空區(qū)開切眼側(cè)巖層斷裂角一般 63°左右，Ф2 為停采線側(cè)的巖層斷裂角一般為 60°左右。首次離層位置應(yīng)該出現(xiàn)在巖梁的中間，最大離層空間隨著工作面的推進和離層空間的填充周期性出現(xiàn)，即工作面每推進一個斷裂巖梁長度時，出現(xiàn)一次最大離層空間[25]。張建全等認(rèn)為當(dāng)離層發(fā)育到一定程度后，下位巖層的下部巖體可視為彈性地基梁，上位巖層可視為固支梁，而離層裂隙寬度可視為兩者撓度之差[26]。1.2.2 覆巖破壞及運動研究的模擬方法趙德深等通過相似材料物理模擬模型實驗研究，揭示了煤礦區(qū)采動覆巖中離層產(chǎn)生、發(fā)展與分布的時空規(guī)律；探討了離層發(fā)展高度與工作面推進距離的關(guān)系，單一離層從產(chǎn)生到最大值直至消失的時間效應(yīng)等規(guī)律[27]。WeifengYang 等應(yīng)用物[28]
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TD745

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本文編號：2639629